KR100566071B1 - 서미스터를 구비한 전기히터 - Google Patents

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Abstract

이격된 관계로 기판상에 인접하게 배치되고 서미스터 물질에 의해 상호연결된 복수의 전극을 가지는 전기 히터. 상기 전극은 각각 상기 기판상의 공통 종결 영역에 위치한 대응하는 전기 단가에 연결된 적어도 하나의 단부, 바람직하게는 2개의 단부를 가진다. 상기 기판의 선택된 부분상에 생성된 열을 변화시킬수 있도록 인접 전극사이의 간격은 변할 수 있고, 인접 전극은 맞물린 부분을 포함한다.

Description

서미스터를 구비한 전기 히터 {ELECTRICAL HEATER WITH THERMISTOR}
본 발명은 일반적으로 전기 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서미스터에 의해 제어되는 히터, 예를 들면 양 온도 계수 물질 (positive temperature coefficient material) 을 가지는 히터에 관한 것이다.
일반적으로 유전 물질상에 배치된 전극을 상호 연결하는 서미스터 층을 가지는 전기 히터는 예를 들면 미국특허출원 제 4,857,711 호 "양 온도 계수 히터" 및 미국특허출원 제 4,931,627 호 "분산된 가열 능력을 가지는 양 온도 계수 히터" 에 개시되어 알려져 있으며 양자 공히 본 특허출원의 출원인에 양도되었다.
본 발명의 목적은 종래기술상의 문제점을 극복하고 개선하는 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 경제적이고 신뢰성있는 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 좀더 균일하게 가열되는 표면을 제공하는 능력을 가지는 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 또한 좀더 많거나 좀더 적은 열을 가지는 영역을 가지는 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 예를 들면 히터의 동일한 측면을 따라 또는 공통 모서리에서와 같은 공통 종결 영역상에 위치한 대향 말단부를 가지는 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 단일한 기판상에 형성된 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 다중 온도 구성 또는 설정을 가지는 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 복잡하거나 비용이 많이 드는 전기 제어 없이도 다중 온도 구성 또는 설정을 가지는 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 스위치에 의해 제어되는 다중 온도 설정을 가지는 신규한 양 온도 계수 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 좌석 가열 응용에의 사용에 적합한 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 좀더 상세한 목적은 서로 이격된 관계로 기판상에 배치된 제 1 및 제 2 전극 및 상기 제 1 및 제 2 전극을 전기적으로 상호 연결하는 서미스터 물질을 포함하는 히터로서, 상기 제 1 및 제 2 전극의 인접 부분은 거기로부터 돌출된 맞물리는 전극 부분을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 전극의 다른 인접부분은 맞물린 전극 부분이 없으며, 제 1 및 제 2 전극을 따라 해당 전력 인가 말단부로부터 제 1 및 제 2 전극의 인접 부분까지의 전기적 경로의 합은 실질적으로 동일한, 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 좀더 상세한 목적은, 서로 이격된 관계로 기판상에 배치된 제 1 및 제 2 전극과 상기 제 1 및 제 2 전극을 전기적으로 상호연결하는 서미스터 물질을 포함하는 히터로서, 상기 제 1 및 제 2 전극은 각각 상기 기판상의 공통 종결 영역상에 위치한 대향 말단부를 가지고, 상기 제 1 및 제 2 전극의 인접 부분은 거기로부터 돌출된 맞물린 전극부분을 가지는, 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 좀더 상세한 목적은, 서로 이격된 관계로 기판상에 배치된 제 1 및 제 2 전극과 상기 제 1 및 제 2 전극을 따라 전기적으로 상호 연결하는 서미스터 물질을 포함하는 히터로서, 상기 제 1 및 제 2 전극의 인접한 일부분사이의 간격은 상기 제 1 및 제 2 전극의 다른 인접 부분 사이의 간격과 상이하고, 제 1 및 제 2 전극을 따라 전력이 인가되는 해당 말단부로부터 상기 제 1 및 제 2 전극의 인접 부분까지의 전기적 경로의 합은 실질적으로 동일한, 신규한 전기 히터를 몇 실시예를 통하여 제공함에 있다.
이러한 본 발명의 다른 목적, 양상, 특성 및 이점은 첨부 도면 및 발명의 상세한 설명에 대한 신중한 고찰로부터 좀 더 완전하게 명백해질 것이며, 이러한 첨부도면등은 이해를 쉽게하기 위해 실제 크기 비례로 되어 있지 않을 수 있고, 여기서 유사한 구조 및 단계가 일반적으로 해당 도면 부호 및 지시자에 의해 참조되었다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 전기히터 및 제어 스위치
도 2 는 도 1 의 예시적인 실시예에 대한 다중 온도 설정 연결 표
도 3 은 기판 및 그 위에 형성된 전극을 연결하는 전기 단자
도 4 는 인접한 전극 부분과 그것으로부터 확장된 맞물린 부분사이의 변하는 간격을 가지는 전기 히터의 일부.
본 발명에서, 전기 히터는 일반적으로 적어도 2개의, 도 1의 예시적인 실시예에서는 3개의, 서로 이격된 관계로 기판상에 배치된 복수의 전극을 가진다. 전극은 서미스터 물질로 상호 연결된다.
일 실시예에서, 기판은 예를 들면 스크린 프린팅 공정으로, 은 또는 다른 전기전도 물질이 그 위로 배치되는 전기 절연 물질 또는 유전 물질이다. 일 예시적인 실시예에서, 서미스터 물질은 전극위로 배치된 양 온도 계수 물질이다.
본 발명에서 기판, 전극, 및 서미스터 물질로 사용하기에 적합한 이러한 및 다른 물질은 일반적으로 당업자에게 알려져 있으며, 예를 들면 이미 언급된 미국 특허출원 제 4,857,711 호 "양 온도 계수 히터" 및 미국특허출원 제 4,931,627 호 "분산된 가열 능력을 가지는 양 온도 계수 히터" 에 개시되어 있다.
좌석 히터 및 관련된 응용에 사용하기 적합한 또다른 실시예에서, 기판은 양 온도 계수 물질로 코팅되거나 포화된 패브릭 (fabric) 인데, 상기 양온도 계수 물질 위에는 복수의 전극이 형성되거나 증착되거나 또는 다른 식으로 배치되어 양 온도 계수 물질이 전극을 상호 연결한다.
도 1 의 예시적인 실시예에서, 기판 (2) 은 서로 이격된 관계로 그 위에 배치된 제 1 , 제 2 , 및 제 3 전극 (10, 20, 30)을 가지는 서미스터 물질 (4) 로 코팅된다. 복수의 전극은 각각 하나이상의 다른 전극의 전극 부분에 인접한 하나 이상의 해당 전극 부분을 가진다.
서미스터 물질 (4) 은 이격된 전극 및 특히 그 위의 인접한 전극 부분사이의 전기적 연결을 제공하고, 전극에 전압이 인가되면 그 특정 특징에 따라 열을 생성한다.
전극은 또한 열원이 되고, 좁은 전극이 넓은 전극보다 더 많은 열을 생성하지만, 일반적으로 전극보다는 서미스터 물질로 열을 생성하는 것이 더 효율적이다. 따라서, 전극은 이에 따라 구성된다.
몇 실시예에서, 전극은 대략 서미스터 물질과 동일한 열량을 방출하도록 기하학적으로 구성되며, 이로 인해, 상대적으로 균일한 열을 제공한다. 그러나 다른 실시예에서, 원하는 가열 성능에 따라 전극은 서미스터 물질보다 다소 더 많거나 더 적은 열을 생성하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전극 (10, 20, 30) 은 일반적으로 직사각형으로, 뱀모양 패턴으로 배치되고, 그럼으로서 인접한 전극 부분은 대체적으로(predominately) 선형이고 나란하다.
도 1 의 예시적인 실시예에서, 제 1 , 제 2 , 및 제 3 전극 (10, 20, 30) 은 제 1 및 제 3 전극 (10, 30) 사이에 제 2 전극이 배치된 실질적으로 나란히 배열된 연속된 스트립이다. 제 1 , 제 2 , 및 제 3 전극의 인접 부분은 둥지튼 뱀모양 패 턴으로 배열된다.
그러나 다른 실시예에서, 인접한 전극 부분은 곡선이고, 그 사이 간격은 전극의 길이에 따라 변한다. 예를 들면 도 4에서, 전극 (40) 은 곡선 부분 (42)를 가지고, 여기서 곡선 부분 (42) 와 다른 인접 전극 (50) 사이의 간격은 변한다.
전극은 각각, 전원에의 연결을 용이하게 하기 위해 예를 들면 기판의 동일한 모서리 또는 공통 측면을 따라, 바람직하게는 기판의 공통 종결 영역에 위치한 해당 대향 전극 말단부를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 제 1 전극 (10) 은 대응하는 대향 말단부 (12 및 14)를 가지고, 제 2 전극 (20) 은 대응하는 대향 말단부 (22 및 24)를 가지고, 제 3 전극은 대응하는 대향 말단부 (32 및 34)를 가진다. 전극의 상기 대향 말단부는 기판의 동일한 단부 또는 기판의 측면에 위치한다.
이하 좀더 상세히 설명하는 것처럼, 열을 생성하기 위해 적어도 2개의 전극의 말단부중 하나에 예를 들면 전압 소스로부터의 전력이 인가된다. 바람직하게 전력은 예를 들면 스위치에 의해, 전극의 대응하는 전압 인가 말단부에 연결된 전기 단자를 통해 인가된다.
각 전극의 적어도 하나의 말단부는, 바람직하게는 전극의 양쪽 말단부 모두는, 원하는 가열 구성에 따라 예를 들면 스위치를 재구성함으로서 전력이 전극의 양쪽 중 하나의 말단부에 인가되도록, 바람직하게는 공통 종결 영역에서 기판에 또한 고정된 대응하는 전기 단자에 연결된다.
각 전기 단자는 예를 들면 전기적 연결 블레이드 (blade) 와 아이렛 (eyelet)을 가지는 스탬핑된 (stamped) 인쇄된 금속류 또는 덧테쇠 (grommet) 또는 꺽쇠 (staple) 또는 해당 전극에 전기적으로 연결가능한 다른 어떤 구조일 수 있다.
도 3 의 예시적인 실시예에서, 전기 단자는, 기판 (2)에 고정되고 기판 (2) 및 전극 (10)을 통과하여 뻗는 전도 부재 (conducting member) (62)에 의해 제 1 전극 (10)에 전기적으로 연결되고 말단부 (63)에 의해 여기에 고정된 블레이드 (60)를 포함한다. 다양한 다른 전기 단자 및 연결 수단이 대안적으로 또한 사용될 수 있다. 몇 실시예에서, 단자는 전극에 납땜될 수 있다.
도 1 의 전기 히터는 전극의 2 이상의 말단부로의 적절한 전력의 인가에 의해 상이한 온도에서의 동작을 위해 구성될 수 있다. 도 1에서, 예시적인 스위치 (70) 는 전극의 2 이상의 말단부의 하나 또는 다른 것으로의 선택적 전력 인가를 가능하게 한다.
도 2 는 다중 온도 설정 또는 도 1의 예시적인 3 전극 히터의 구성에 대한 전압 연결표이다. 저온 동작 모드에서, 양전압 V1+ 는 제 1 전극의 제 1 말단부 (12) 에 인가되고, 음전압 V1- (바람직하게는 전압 V1+ 와 동일한 크기를 가지는) 는 제 3 전극의 제 2 말단부 (34) 에 인가된다. 생성된 열은 일반적으로 제 1 전극 및 제 3 전극 (10 및 30) 의 곡선 경로를 따르고 그 사이의 서미스터내에 있게 된다.
이러한 예시적인 구성 및 동작 모드에서, 제 1 전극 및 제 3 전극을 따라, 전압 V1+ 및 V1- 이 인가되는 해당 말단부 (12 및 34) 로부터 전극을 따라 인접한 부분까지 전기경로의 합은 실질적으로 동일하다. 다시 말하면, 제 1 및 제 3 전극(10 및 30) 사이의 전압은 그 대향 단부사이의 모든 부분에서와 거의 동일하다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 그 사이 간격이 동일하고 전극 사이 전압이 전극을 따라 일정하다면, 제 1 및 제 3 전극을 연결하는 서미스터 물질에 의해 생성되거나 발생되는 열은 그것의 대향 단부사이의 곡선 경로를 따라 실질적으로 동일하다.
몇 실시예에서, 좀더 많은 또는 좀더 적은 열이 생성되는 기판상의 영역을 제공하는 것이 바람직하고, 이것은 이하에서 더 설명되는 바와 같이 인접한 전극 부분사이의 간격을 변화시킴으로서 및/또는 맞물린 전극 부분을 첨가함으로서 및/또는 전극의 크기를 변화시킴으로서 달성된다.
도 2 의 중간 설정, 즉 중간 온도 동작 모드에서, 양전압 V1+ 는 제 1 전극 (10) 의 제 1 말단부 (12) 에 인가되고, 음전압 V2- 는 제 2 전극 (20) 의 제 2 말단부 (24) 에 인가된다. 생성된 열은 일반적으로 제 1 및 제 2 전극의 곡선 경로를 따르고 그 사이의 서미스터 물질내에 있다.
도 2 의 높은 설정, 즉 높은 온도 동작 모드에서, 양전압 V2+ 는 제 2 전극 의 제 1 말단부 (22) 에 인가되고, 음전압 V1- 및 V3- 는 제 1 및 제 3 전극의 제 2 말단부 (14 및 34) 에 인가된다. 따라서 열은 제 1 , 제 2 및 제 3 전극사이의 서미스터 물질에 의해 그리고 전극 그 자체에 의해 생성된다.
낮은, 중간, 높은 온도 설정을 얻기 위한 도 1 의 제 1 , 제 2 , 제 3 전극 (10, 20, 30) 에 인가되는 전압은, 예를 들면 전압 및/또는 전류를 변화시킴으로서 전극에 공급되는 전력을 제어하는 회로 같은 비용이 드는 전자적인 제어의 필요없이, 스위치 (70) 로 간단히 그리고 신뢰성있게 제어될 수 있다.
도 1 의 예시적인 실시예에서, 스위치 (70) 은 다중-극, 다중-위치, 예를 들면 3개의 극과 3개의 스위치 위치를 가지는 TPTT 스위치이다. 예시적인 다중-극, 다중-위치 스위치는 비용이 드는 전자 제어 없이도 전압이 인가될 특정 전극 및 그것의 특정 말단부의 선택을 가능하게 한다. 일반적으로, 상기 선택에 필요한 스위치 위치 및 극의 수는 전극의 수 및 원하는 온도 설정에 의존한다. 예를 들면, 2 온도 설정 히터는 2개의 극과 2개의 위치를 가지는 DPDT 스위치에 의해 제어될 수 있다.
다른 실시예에서, 다른 제어 및 스위칭 구조가 히터를 동작하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 다른 구성중에 래칭 (latching) 유형의 스위치 및/또는 논리 회로 및/또는 순간 스위치 및 릴레이의 조합이 대안적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 히터는 또한 예를 들면 프로세서 기반의 자동차 전기 시스템에 있는 마이크로프로세서 기반의 제어기에 의해 제어될 수 있다.
예시적인 좌석 가열 응용례에서, 자동차 전기 시스템으로부터 공급된 DC 전압이 전극에 인가된다. 바람직하게 인가된 전압은 실질적으로 동일한 크기를 가진다. 전압의 지시된 극성은 반대로 된다.
3개 이상의 전극을 가지는 실시예에서, 중간 전극이 외부 전극보다 더 큰 넓이를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면 도 1 의 예시적인 실시예에서 , 제 2 전 극 (20) 은 제 1 및 제 3 전극 (10 및 30) 보다 더 넓다. 이러한 구성은 히터가 도 2 의 전압 연결 표에 표시된 높은 설정에서 동작할 때 중간의 제 2 전극 (20)으로 하여금 제 1 및 제 3 전극 모두에 (전압 극성에 따라) 소스 전류를 더 증가시키거나 제 1 및 제 3 전극 모두로 부터의 전류 (전압 극성에 따라) 를 감소시키게 한다.
도 4 의 예시적인 실시예에서, 전극 (40) 과 전극 (50 및 52) 사이의 간격은 그 길이를 따라 변한다. 일반적으로, 전극 사이의 간격이 더 작을수록 전압이 전극에 인가될 때 그 사이의 서미스터 물질에 의해 생성되는 열이 더 크다. 따라서 기판상에서 전극의 인접 부분사이의 간격을 변화시키는 것은 기판상에서 생성되는 열 ,특히 그 사이에 배치된 서미스터 물질에 의해 생성되는 열의 양을 제어할 수 있게 한다.
전극의 인접부분으로부터 돌출된 맞물린 전극 부분을 제공함으로서 상이한 양의 열이 또한 생성되고, 따라서 맞물린 부분의 위치 및 밀도에 따라 더 많거나 더 적은 열을 생성하는 기판상의 영역 또는 구역을 형성하게된다. 도 4에서, 인접전극 부분 (40 및 52) 은 그로부터 돌출된 복수의 맞물린 전극 부분 (44 및 53) (일부만이 도면번호로 표시됨)을 포함한다.
위에서 논의된 바와 같이, 전극은 그 대응하는 전압 인가 단부로부터 맞물린 전극 부분을 따라서 인접 부분까지 인접 전극을 따라 나있는 전기적 경로의 합은 실질적으로 동일하도록 구성되고, 따라서 전극 경로를 따라 인접 맞물린 전극 부분사이에 실질적으로 동일한 전압을 제공한다.
예를 들면 자동차 좌석 가열 응용례 같은 몇 응용에서, 좌석의 상이한 부분에 더 크거나 더 적은 열을 제공하는 것이 바람직하다. 일반적으로 도 4 에 도시된, 가변하는 간격 및/또는 맞물린 전극 부분을 가지는 전극을 가진, 예를 들면 도 1의 예시적인 다중-온도 좌석 히터를 제공함으로서 즉시 그리고 비용에 있어서 효율적이게 이러한 목적이 달성될 수 있다.
본 발명에 대한 전술한 발명의 설명으로 인해 당업자는 본 발명에 대해 최선의 모드로 고려되는 것을 제작하고 사용할 수 있다고 하더라도, 당업자는 본 명세서에 기재된 특정 예시적인 실시예의 변형, 조합, 및 이의 등가물도 존재함을 인식할 것이다. 그러므로 본 발명은 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예로 제한되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 정신 및 범위내의 모든 실시예를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 일반적으로 전기 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예를 들면 양 온도 계수를 가지는 서미스터에 의해 제어되는 히터등에 이용 가능하다.

Claims (23)

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  8. 기판과;
    서로 이격된 관계로 기판상에 배치된 복수의 제 1 , 제 2 및 제 3 전극으로서, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 및 제 3 전극 사이에 위치되고, 상기 제 1 , 제 2 및 제 3 전극은 각각 상기 기판의 공통 종결 영역에 위치한 대향 말단부를 가지는 복수의 제 1, 제 2 및 제 3 전극과;
    상기 제 1 , 제 2 및 제 3 전극을 전기적으로 상호연결하는 서미스터 물질;
    상기 기판상에서 일반적으로 뱀 모양 패턴(serpentine pattern)으로 배열되는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극의 인접부분(adjacent portions);
    전극의 상기 대응하는 말단부의 하나로부터 상기 제 1 및 제 3 전극의 인접 부분까지 실질적으로 동일한 상기 제 1 및 제 3 전극을 따라 나있는 전기적 경로의 합(summation of electrical paths);
    전극의 상기 대응하는 말단부의 하나로부터 상기 제 1 및 제 2 전극의 인접 부분까지 실질적으로 동일한 상기 제 1 및 제 2 전극을 따라 나있는 전기적 경로의 합 (summation of electrical paths);
    전극의 상기 대응하는 말단부의 하나로부터 상기 제 2 및 제 3 전극의 인접 부분까지 실질적으로 동일한 상기 제 2 및 제 3 전극을 따라 나있는 전기적 경로의 합 (summation of electrical paths)을 포함하며,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극 중 적어도 2개의 전극의 인접 부분은 이들 전극으로부터 돌출된 맞물린 전극 부분을 가지고,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극 중 적어도 2개의 전극의 인접 부분 사이의 간격은 변하는, 전기 히터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 서미스터 물질은 양 온도 계수 물질을 포함하는 전기 히터.
  10. 제 8 항에 있어서, 다중-극, 다중-위치 스위치가 상기 제 1 ,제 2 및 제 3 전극의 상기 대향 말단부에 전기적으로 연결된 전기 히터.
  11. 제 8 항에 있어서, 복수의 전기 단자는 상기 공통 종결 영역에서 상기 기판에 고정되고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극의 상기 대향 말단부 각각은 상기 복수의 전기 단자중 대응하는 하나에 전기적으로 연결되는, 전기 히터.
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  16. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 및 제 3 전극 보다 넓은, 전기 히터.
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  19. 제 8 항에 있어서, 맞물린 전극 부분은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극중 적 어도 2개의 전극의 인접 부분으로부터 돌출된, 전기 히터.
  20. 제 8 항에 있어서, 상기 기판은 양 온도 계수 물질로 코팅된 패브릭이고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극은 그 위에 스크린 프린팅된, 전기 히터.
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